Zastosowanie profilowań geofizyki wiertniczej przy prognozowaniu warunków eksploatacji złóż siarki metodą otworową

interdependences concern values t fmax (sounder ITB-ZW), Ep and Pgr (pressiometer) and Mo (oedometer tests). In

looking for leading parameter for organie soils, the authors draw attention to the dependence between natural moisture (w,J and content of organie matter (10,,J and modulus of

compressibility. A finał establishment of dependence of that type, which presumably make it necessary to take int o account some other factors ( degree of consolidation, degree of decay), should make it possible to determine m..:chanical features of soils on the basis of sim ple laboratory tests.

PE3IOME

YYMTblBa.R ace yaerrnYato~eec.R 3HaYeHMe BeAeHM.R reoTeXHMYeCKMX MCCileAOBaHMM opraHMYeCKMX rpyHTOB npM HeAOCTaTKe MeTOAMKM onpeAeneHM.R reoTeXHMYeCKMX

napaMeTpOB 3TMX rpyHTOB npM noMo"~M BeAy~ero napa-MeTpa, aBTOpbl npMBOA.RT Koppe11.RTMBHb1e 3aBMCMMOCTM CB.R3blBalO~Me pe3)'11bTaTbl pa3HblX MCCileAOBaTellbCKMX MeTOAOB c MexaHMYeCKMMM caoMCTBaMM opraHMYeCKMx rpyHTOB. 3TM 3aBMCMMOCTM KacatoTC.R aenMYMHbl 'trmax (30HA lllT5-3B), EP M P gr (npeccMoMeTp) M M0

(3HAOMeTpM-yecKoe MCCileAOBaHMe). nb1Ta.RCb onpeAellMTb BeAy~MM napaMeTp All.R opraHMYeCKMX rpyHTOB asTopbl o6pa~atoT BHMMaHMe Ha 3aBMCMMOCTb Me>KAY ecTeCTBeHHOM sna>K-HOCTblO (wn), COAep>KaHMeM opraHMYeCKMX YaCTML.I (loJ M MOAyneM 061,eMHOM ynpyrocTM. OnpeAeneHMe 3aaMCM-MOCTM TaKoro TMna, Tpe6yto~ee aepo.RTHO 4T06bl npM-H.RTb BO BHMMaHMe ApyrMe cpaKTOpbl (cTeneHb KOHCOnM-Aal.IMM, CTeneHb pa3no>KeHM.R) CAenaeT B03MO>KHblM 03Ha-YeHMe MexaHMYeCKMX csowcTB rpyHTOB npM noMo~M npoc-TblX na6opaTopHblX MCCileAoBaHMM.

EMIL J. MASŁOWSKI

ZASTOSOWANIE

PROFILOWAŃ

GEOFIZYKI WIERTNICZEJ PRZY PROGNOZOWANIU

WARUNKÓW EKSPLOATACJI

ZLÓŻ

SIARKI

METODĄ OTWOROWĄ

UKD 550.832.52

+

550.832.55

+

550.832.543: 622.366.11 '277.6: 65.012.23"313" W kompleksie metod geologicznych,

wykorzystywa-nych przy poszukiwaniu, dokumentowaniu i eksploatacji

złóż siarki rodzimej, ważne miejsce zajmują metody geo-fizyki wiertniczej. Na podstawie wyników badań geo-fizycznych jest możliwe uzyskanie fizycznego modelu złoża.

Jego parametry stanowią: porowatość, zailenie, stopień

osiarkowania, oporność, mineralizacja wód złożowych, prędkość fali akustycznej, gęstość objętościowa, tempera-tura, a także miąższość warstw złożowych, głębokość spągu i stropu złoża itp.

Dotychczasowy sposób określania litologii ma w dużym

stopniu charakter subiektywny, poprawność wyników jest

uzależniona przede wszystkim od doświadczenia inter-pretatorów. Opis litologiczny uzyskiwany dotychczas z analiz profilowań geofizyki wiertniczej potwierdza np.

występowanie wapieni, margli, iłów, gipsów itp., nie podaje natomiast ilościowego opisu poszczególnych skład­

ników przewierconych skał siarkonośnych.

Sytuacja taka występuje w wypadku, gdy pomiary geofizyczne w całości lub częściowo są wyrażone w jed-nostkach nieporównywalnych. W wypadku pełnej kalibracji realizowanych profilowań powstaje możliwość ilościowego określenia parametrów skał siarkonośnych, takich jak:

porowatość, zailenie, stopień osiarkowania. Wykorzystuje

,się w tym celu modyfikację metody tzw. korelacyjnych wykresów krzyżowych (1, 2, 9, 10). Zakłada się przy tym,

iż przestrzeń porowa serii złożowej jest wypełniona wodą

o znanym chemizmie oraz że profilowania PNG, PGG, PG reagują w podobny sposób na zailenie laminarne, dyspersyjne i strukturalne, a gęstość właściwa materiału

ilastego dla skał i rozważanego obszaru wynosi 2,54 t/m3_.

482

Ponieważ jednocześnie istnieją geologicznie potwierdzone

przesłanki co do jednorodności składu mineralnego iłów, możliwe jest - co stwierdza wielu autorów (7, 8, 11) -wykorzystanie profilowania PG do wyznaczania zailenia

skał siarkonośnej serii złożowej.

Przedstawiony na rycinie nomogram został opracowany przy spełnieniu powyższych założeń z wykorzystaniem

następujących zależności:

kppng = kp. knsp

+

m. Vił [l]

dP₉₉ = dw( 1 - kp-S-Vił)

+

dił · Vil +ds· S +de· kp· knsp [2] gdzie:

kp png - porowatość neutronowa odczytana z profi-lowania PNG,

kp - porowatość całkowita (ogólna, bezwzględna), knsp - nasycenie warstwy wodą,

Vił - objętościowa zawartość minerałów ilastych w skale,

m - porowatość neutronowego ilastego składnika skały,

dP99 - gęstość objętościowa skały zmierzona

profilo-waniem PGG,

dw - gęstość właściwa wapienia,

ds - gęstość właściwa siarki,

de - gęstość właściwa wody nasycającej pory skały, dil - gęstość właściwa iłu,

S - objętościowa zawartość siarki.

Przykład wyników zastosowań metodyki korelacyj-nych wykresów krzyżowych dla wyznaczania porowatości

ryci-PGG{r/m') 1,0

c

W[%] 100 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 S["lo) 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 PNG 10 20 30 40 so eo 10 80 so 100Kp/%]

Wykres korelacyjna-krzyżowy umożliwiający ocenę ilościową para-metrów złoża siarki. Punkty opisane dużymi literami opisują: A -własności wapieni, B - iłów, C wody, D siarki; a, b, c -przykład interpretacji, F, G - przykłady obliczeń nomogramu. Cross-correlative diagram enabling quantitative assessment of para-meters of su/fur deposits. Points described witlz upper case letters show properties of: A limestones, B clays, C water, D -su/fur; a, b, c - examples of interpretations, F, G - examples

of calculations made using nomograph.

nie. Stosowanie tej metody jest możliwe przy pełnej standary-zacji i kalibracji wszystkich stosowanych profilowań radio-metrycznych (1, 2, 9, 11). Zailenie określono z wykresu korelacyjnego neutronowo-gęstościowego dla wapieni, w których nie stwierdzono obecności siarki. Oszacowanie stopnia osiarkowania warstwy polega na określeniu współ­ rzędnych, np. pkt 1, 3, 5 z odczytów profilowań PGG i PNG oraz współrzędnych pkt 2, 4, 6 z odczytów profilowań

PG i PNG. Wielkość odcinków 1 - 2, 3 - 4, 5 - 6, wyrażona

w jednostkach zailenia, opisuje ilościowo stopień osiarko-wania badanego interwału, a wielkość współrzędnej pkt 2, 4, 6, odczytana na skali porowatości (linie równoległe

do AB wykresu 1), jest porowatością badanego odcinka

złoża. Wielkość osiarkowania jest podawana w procentach

objętości skały.

Na podstawie powyższej metodyki przeprowadzono

interpretację profilowań geofizyki wiertniczej wykony-wanych w wielu otworach różnych rejonów siarkonośnych

(np. Tarnobrzeg, Staszów). Stwierdzono na ogół dużą zgodność wyników interpretacji geofizycznej z danymi geologicznymi. Występujące rozbieżności znajdują swoje uzasadnienie w niepewności oceny poszczególnych para-metrów zarówno metodami laboratoryjnymi, jak i geo-fizycznymi.

Do głównych przyczyn obserwowanych rozbieżności

danych laboratoryjnych i geofizycznych należy wzajemne

przesunięcie głębokościowe badanych tymi metodami od-cinków, jak również i to, że wyniki tych pomiarów dotyczą różnych objętości badanej skały. Przypadkowy błąd po-miarów geofizycznych nie przekracza przedziału zależnego

od dokładności stosowanych technik pomiarowych określo­

nych przez klasę przyrządów i dokładność odczytów.

Błędów tych nie można wyeliminować, jak to jest możliwe

w odniesieniu do błędów grubych i błędów systematycz-nych. Przy zachowaniu reżimu technologicznego, obecnie stosowany sprzęt pomiarowy umożliwia na podstawie

profilowań PNG, PGG, PG uzyskanie dokładności przy ocenie osiarkowania nie gorszej niż

±

5

%

(7, 8).

W praktyce interpretacyjnej przy ocenie parametrów

złożowych z profilowań geofizyki wiertniczej korzysta się często z metodyki „overlay" - nakładek (lub normalizacji

porowatościowej). Stosowanie tej metodyki umożliwia w pewnych wypadkach ilościową interpretację profilowań

wykonanych układami niekalibrowanymi. I tak, jeśli w opracowywanym profilu występują reperowe wkładki iłów

lub gipsów o znanej gęstości, zaileniu, czy też są znane wyniki badań laboratoryjnych z pobranego rdzenia, to jest możliwe dobranie wspólnej skali porowatości dla

profilowań PNG, PGG, PG itp. (4). Pewność

uzyskiwa-nych tym sposobem informacji o strefie osiarkowanej (w takich wypadkach, gdy sprzęt pomiarowy nie jest kalibrowany) jest uzależniona przede wszystkim od włas­

ności warstw reperowych lub od reprezentatywności badań

laboratoryjnych wykonywanych na próbkach pobranych ze złoża.

W odniesieniu do skał osiarkowanych zachodzi udo-wodniona wcześniej przez autora (PBG, 1979 r. wniosek racjonalizatorski) następująca przybliżona zależność:

S ~ Vi/+ kppgg-kppng

0.4 [3]

Powyższa zależność umożliwia ilościowe określenie

stopnia osiarkowania profilu również w wypadku występo­

wania skał zailonych. Powyższe metodyki interpretacyjne

mogą być wykorzystywane do oceny stopnia wyeksploato-wania złoża, np. przez wykorzystanie metodyki „overlay" dla profilowań 'Yykonanych przed eksploatacją i po jej

zakończeniu można uzyskać (w sposób ciągły) obraz zmian

własności złoża wywołanych eksploatacją. P:zykład okreś­

lenia stopnia wyeksploatowania złoża prezentuje ryc. 3. Profilowania z zastosowaniem geofizyki wiertniczej„ wy-konane w otworze Z-142, dokumentują stan złoża siarki przed rozpoczęciem cyklu eksploatacyjnego, natomiast profilowania wykonane w otworze R-205 zrealizowano po

zakończeniu tego cyklu (odległość między omawianymi

otworami wynosiła ok. 6 m, przy czym najlepiej byłoby

porównywać pomiary z tego samego otworu; 6).

Metody geofizyki wiertniczej umożliwiają nie tylko

ocenę parametrów górniczych złoża, ale mogą również

służyć do oceny skuteczności stosowanej technologii eks-ploatacji siarki.

Nagromadzenie dużej ilości danych geologicznych, wiertniczych, eksploatacyjnych, geodezyjnych i geofizycz-nych dla tych samych otworów stwarza podstawy do wy-korzystania wyników badań geofizycznych wykonywanych w fazie dokumentowania złoża przy prognozowaniu (5)

możliwości eksploatacyjnych złoża. Niebagatelne

znacze-nie ma również możliwość określenia stanu technicznego otworów wiertniczych, którego znajomość jest istotna dla prowadzenia we właściwy sposób procesu eksploatacji.

Określenie miejsc dopływu gorącej wody, wykrycie

krążenia wody poza kolumną rur, jak również ok;.·eślenie

stanu cementacji rur okładzinowych, a także krzywizny odwiertu ma wpływ m.in. na bezpieczne prowadzenie eksploatacji siarki metodą otworową. Wszystkie te możli­

wości predysponują metody geofizyki wiertniczej do

sze-rokiego stosowania zarówno w trakcie dokumentowania

złóż siarki, jak i podczas ich eksploatacji metodą otworową.

LITERATURA

1. C z u b e k J. A. - Analiza i ocena opracowanych wzorców standaryzatorów do cechowania i standary-zacji sond radioaktywnych. Inst. Naft. Kraków 1973.

2. Fr yd e ck i J. - Współczesne koncepcje badań i ich interpretacja w geofizyce wiertniczej. Mat. Konf. N-T Wisła 1978.

3. G a w i n A. - Odwiertowe profilowanie

elektro-magnetyczne w anizotropowym ośrodku skalnym. Pr.

Geol. Komis. Nauk Geol. PAN Oddz. w Krakowie 1972 nr 71.

4. K r ó 1 L. - Stosowane sposoby normalizacji

pro-filowań geofizycznych w pracach interpretacyjnych

geofizyki wiertniczej. Tech. Poszuk. Geol. 1979 nr 4.

5. Ku b i c a B. - O możliwości prognozowania

istot-nych dla podziemnego wytapiania siarki parametrów

geologicznych na przedpolu eksploatacji. Biul. Inst.

Geol. 1978 nr 309.

6. M u c h a J. - Geostatystyczny opis zmiennosc1

zawartości cynku i ołowiu na przykładzie fragmentu złoża kopalni „Bolesław". Tech. Poszuk. Geol. 1978

nr 5.

7. N ie w od n i cz a ń ski J., Rom a n S. - Metody

ilościowej oceny zawartości siarki w rudzie rejonu

Grzybowa na podstawie metod geofizyki wiertniczej

z uwzględnieniem spektrometrii. Arch. OBRTG Kra-ków 1976.

8. Sc h 1ege1 J. - Metody badań geofizycznych w

zastosowaniu do wiertniczej eksploatacji siarki.

Od-wadnianie Kopalń i Geotechnika 1972 z. 3.

9. Szewczyk J. - Możliwości ilościowego określania

litologii utworów cechsztynu metodami geofizyki

wiert-niczej. Geofizyka 1977 nr 2.

10. Tixier M.P., Alger R.P. - Log evaluation

of non-metallic minaral deposits. Geophysics 1970

no. 1.

11. Wesołowska -Bał a M. Określenia zaile-nia skał na podstawie metody profilowania gamma. Prz. Geol. 1969 nr 10.

SUMMARY

The interpretation of well logs for establishing mining parameters of sulfur deposit is markedly impeded by problems connected with evaluation of the influence of clay content on properties of sulfur-bearing limestones. The analysis of physical and geophysical properties of Miocene sulfur-bearing rocks made it possible to show validity of the following dependence usable for estimating the degree of sulfur content on the basis of gamma, gamma--gamma and neutrongamma--gamma well logs:

S ~ V il+~-=-:;.;;.__~....:...;;;_ kppgg-kppng 0,4

where: S - volume con tent of sulfur in

%,

Vil - volume

content of clay minerals in

%,

kppgg - rock porosity in

limestone porosity units, established on the basis of

gamma-GRSPODARKA PLATYNĄ W KRAJACH ZACHODNICH (w t) 1979 1980 1981 platyna 69,0 80,4 83,1 produkcja pierwot-na 64,3 70,0 77,5 484

-gamma logs, kppng - rock porosity in limestone porosity

units, established on the basis of neutron-gamma logs. Geophysical measurements supply a number of objective data and, at the same time, continuous information on deposit and surrounding rocks. They give information on the top, base and thickness of deposit, structure, lithology, porosity and permeability of deposit series, clay content as well as the degree of exploitation of the deposit.

Simultaneous use of geological, geophysical, mining as well geodetic data concerning a given group of boreholes makes possible appropriate prognosis of conditions of exploitation of sulfur deposit.

PE3K)ME

B 111HTepnpeTa1.un1 pe3y11bTaToB KapoTa>Ka

npoaeAeH-Horo MeTOAaMM CKBa>KMHHOM reo<ł>M3111Klll AI1Jł onpeAeneHMJł

n11aCTOBblX napaMeTpOB MeCTOpO>KAeHMJł cepbl 6011bWlllM

3aTPYAHeH111eM Jł811JłeTCJł onpeAe11eH111e BI1111JłHlllJł

COAep->KaHMJł 11111a Ha caoMCTBa cepoHoCHblX 1113aecTHRKOB. Ha

OCHOBaHMlll aHa111113.a ą>1113111yecKMX Ili reoą>1113111YeCKlllX CBOMCTB

MlllOl.4eHOBblX cepoHOCHblX nopoA aBTOp AOKa3an

npaa11111b-HOCTb c11eAyt0~eM 3aBlllClllMOCTlll npeAHa3HaYeHHOM AI1Jł

onpeAe11eH111R COAep>KaHMJł cepbt np111 n0Mo~111

raMMa--Kapon>Ka (PG), raMMa-raMMa-Kapon>Ka (PGG) 111

HeM-TpOHHoro raMMa-KapoTa>Ka (PNG):

kppgg -kppng 0.4

S - coAep>1<aH111e cepb1 a

%

V11 - coAep>1<aH111e r11111HMCTblX MMHepanoa

kppgg - noplllCTOCTb ropHOM nopOAbl B eAMHM1.4aX

no-p111CTOCTlll 1113BeCTHJłKa, onpeAeneHHaJł Ha

OCHO-BaHMlll raMMa-raMMa-KapOTa>Ka (PGG)

kppng - nopMCTOCTb ropHOM nopOAbl B eAMHML4aX

no-p111CTOCTlll 1113BeCTHJłKa, onpeAeneHHaJł Ha

OCHO-BaHMlll HeMTpOHHoro raMMa-KapoTa>Ka (PNG)

np111 n0Mo~111 reoą>1113111yecK111x M3MepeH111M no11yyaeTcR

MHOro o6beKTlllBHblX Ili HenpepblBHblX 111Hą>opMa1.4111M o

MeCTOpO>KAeHMlll Ili OKpy>KalO~lllX nopoAaX. 3TM 111Hą>op­

Ma1.4111111 KaCalOTCJł KpOBI1111, nOAOWBbl Ili MO~HOCTlll

MeCTO-pO>KAeHMJł, CTpyKTYPbl n11aCTOBOM cep111111, ee 11111TOI10rMlll,

nopMCTOCTlll, npoHMl.4aeMOCTlll, COAep>KaHMJł 11111a, a TaK>Ke

cTeneH111 npoBeAeHMJł 3KCn11yaTa1.4111111 MecTopo>KAeHMJł. B

c11yyae OAHoapeMeHHoro 111cno11b30BaH111Jł reo11or111YeCK111x,

reoą>1113111yecK111x, 3Kcn11yaTa1.41110HHb1x 111 reoAe3111YecK111x

AaH-Hbtx, KaCalO~lllXCJł onpeAeneHHOM rpynnbl 6ypoBblX

CKBa->KlllH, 803HMKaeT 803MO>KHOCTb nporH03111poBaHMJł yc110BMM

3Kcn11yan1.4111111 MecTopo>KAeHMJł cepbt.

RPA 60,7 63,6 70,9 Kanada 2,6 5,4 5,6 produkcja wtórna 4,7 10,4 5,6 St. Zj. 2,4 5,2 2,8 zapotrzebowanie 88,6 78,5 85,0 St. Zj. 43,8 34,8 38,9 Japonia 29,0 28,6 30,3 Europa Zach. 12,4 12,1 12,4 B.O.